Розрахунок звукоізоляції

Розрахунок звукоізоляції для одношарової плоскої перегородки. Таку перегородку під час розрахунку звукоізоляції приймають за одну тонку пластину, що шарнірно обперта по контуру і здійснює лише згинальні коливання. Кожна пластина має нескінченну кількість частот власних коливань. В частотній характеристиці звукоізоляції R такої перегородки (рисунок 1 а) можна виділити декілька ділянок, на яких звукоізоляція підкоряється певним закономірностям.

На ділянках резонансних частот, що знаходяться, як правило, в низькочастотному діапазоні (до 20 – 45 Гц), звукоізоляція залежить від внутрішнього тертя в матеріалі перегородки. Оскільки цей діапазон знаходиться нижче нормованих частот, то зазвичай, в розрахунках звукоізоляції він не враховується. На частотах вище перших двох-трьох резонансних частот звукоізоляція підкоряється так званому закону маси, коли звукоізоляція R залежить тільки від поверхневої густини тп, кг/м2 (маса в кг 1 м2 перегородки) та частоти звуку f, Гц ( зі збільшенням тп або f в два рази звукоізоляція зростає на 6 дБ)

R = 201g(тп ×f) – 47,5                                                (18)

Рисунок 1 – Номограма для визначення граничної частоти (а) і частотної характеристика ізоляції повітряного шуму одношаровою плоскою перегородкою (б):
1 –цегла; 2 – гіпс; 3 – бетон, залізобетон; 4 – алюміній, сталь, скло

Починаючи з частоти 0,5 fгp звукоізоляція починає зменшуватись, досягаючи мінімальних значень на частоті f = fгp. На частотах f > fгp звукоізоляція залежить від циліндричної твердості перегородки, поверхневої густини і внутрішнього тертя; зростання звукоізоляції складає 7,5 дБ на октаву.

В ході проектування одношарових огороджень необхідно враховувати зазначені вище особливості звукоізоляції, звертаючи особливу увагу на відсутність збігу максимуму шуму, що ізолюється з частотою fгp. Є можливість зміни граничної частоти перегородки, що має постійну поверхневу густину за рахунок збільшення або зменшення циліндричної твердості. Варто також зазначити, що підсилення тонких перегородок (металевих і т.д.) ребрами твердості призводить до зниження звукоізоляції.

В інженерних розрахунках частотну характеристику ізоляції повітряного шуму для таких перегородок з бетону, залізобетону, цегли, керамічних блоків і тому подібних матеріалів з поверхневою густиною 100 – 1000 кг/м2 визначають в послідовності, що наводиться нижче.

1. Знаходять поверхневу густину перегородки mп для обраного матеріалу, знаючи густину ρ, кг/м3, і товщину перегородки h, м, за формулою:

mп – ρ× h;                                                 (19)

2. Будують частотну характеристику звукоізоляції (рисунок 3 а), що складається із трьох прямолінійних ділянок АВ, ВС, і CD. По осі абсцис в логарифмічному масштабі відкладають стандартні середньогеометричні частоти октавних смуг, f /fгp ,Гц, а по осі ординат – значення звукоізоляції R, дБ. Координати точки В (fВ і RB) знаходять за графіками рисунка 3 в, в залежності від поверхневої густини перегородка і його товщини h. Потім із точки В вліво проводять горизонтальний відрізок АВ, а вправо від точки В – відрізок ВС під нахилом 7,5 дБ на октаву до точки С з ординатою RС = 60 дБ (рисунок 3 а). Із точки С вправо проводять горизонтальний відрізок CD. Для прикладу на рисунку 3 а показана частотна характеристика ізоляції повітряного шуму бетонною перегородкою товщиною h  = 0,1 м і поверхневою густиною mп = 220 кг/м2 (ρ = 2200 кг/м3). 

3. Знаходять значення звукоізоляції на стандартних частотах за точками перетину лінією ABCD відповідних ординат. Для наведеного прикладу звукоізоляція на частоті 63 Гц – 35 дБ; 125 Гц – 35 дБ; 250 Гц – 43 дБ; 500 Гц – 51 дБ; 1000 Гц – 58 дБ; 2000÷8000 Гц складе 60 дБ.

Частотну характеристику ізоляції повітряного шуму плоскими перегородкам з металу, скла та інших подібних матеріалів також визначають графічним методом, зображуючи її у вигляді ламаної лінії ABCD (рисунок 3 б). Координати точок В і С знаходять за таблицею 3. Нахил відрізка ВА приймають за 5 дБ на октаву для конструкцій з органічного і силікатного скла та 4 дБ на октаву – для інших матеріалів. Нахил відрізка CD дорівнює 8 дБ на октаву.

Таблиця 3 – Координати точок В іС

Рисунок 3 – Розрахункова частотна характеристика ізоляції повітряного шуму одношаровою плоскою перегородкою із будівельних матеріалів  (а), із металу і скла (б) і графіки для визначення координат точки В (в)
1– ρ≥ 1800 кг/м3; 2 – ρ = 1600; 3 – ρ = 1400; 4 – ρ ≤ 1200 кг/м3

Звукоізоляція плоскої одношарової перегородки з шаром звукопоглинального матеріалу (ЗПМ). Розміщення шару звукопоглинального матеріалу на перегородці забезпечує, по-перше, зниження інтенсивності відбитого звуку і, як наслідок, зменшення шуму в приміщеннях і, по-друге, збільшення звукоізоляції RС такої перегородки за рахунок затухання звуку в шарі і збільшення маси перегородки. Розрахунок звукоізоляції плоскої одношарової перегородки із шаром ЗПМ проводиться у восьми октавних смугах частот.

Загальна звукоізоляція перегородки з шаром звукопоглинального матеріалу (ЗПМ) Rc визначається за формулою:

RС = R + ΔR                                                (20)

де R – звукоізоляція перегородки без шару ЗПМ, дБ (вибирається із таблиці 4 в залежності від матеріалу перегородки); ΔR – додаткова звукоізоляція, що вноситься шаром ЗПМ, дБ:

ΔR = 8,7×β×δ + 20×lg×[(mп + mпш)/mп]                 (21)

де β – коефіцієнт затухання, 1/м, значення якого для деяких матеріалів подані у таблиці 5; δ – товщина шару ЗПМ, м; mп – поверхнева густина матеріалу перегородки, кг/м² (вибирається із таблиці 4; mпш – поверхнева густина шару ЗПМ, кг/ м² :

mпш = ρ·δ,                                                        (22)

де, ρ – об’ємна густина ЗПМ (у розрахунках прийняти ρ = 20 кг/м³); δ – товщина шару ЗПМ, м.

Таблиця 4 – Звукоізоляція стін і перегородок, дБ

Таблиця 5 – Коефіцієнти затухання β, 1/м

Найбільший ефект шар ЗПМ забезпечує на високих частотах, на яких значення коефіцієнта затухання β є максимальним, і найменший ефект – на низьких частотах. Товщина шару ЗПМ частіше складає 50 – 100 мм. На рисунку 4 а показаний вплив встановлення шару базальтового волокна на звукоізоляцію алюмінієво-магнієвої пластини розміром 1,1×1,2 м і завтовшки 4 мм. Звертає на себе увагу значне (на 10 – 20 дБ) підвищення звукоізоляції перегородки і вирівнювання частотної характеристики в ділянці, граничної частоти (3150 Гц). Встановлено, що наклеювання шару ЗМП до металевого листа практично не впливає на звукоізоляцію в порівнянні з встановленням шару впритул до пластини.

Рисунок 4 – Вплив на звукоізоляцію металевої пластини:
а – встановлення шару ЗПМ; б – нанесення шару ЗПМ; в – ребер твердості; г – отворів та щілин: 1 – пластина без покриття: 2, З, 4 – пластина з шаром ЗПМ завтовшки 15, 30 та 60 мм; 5 – пластина з шаром губчастої поліхлоропреновой гуми товщиною 5 мм; 6 – пластина з шаром матеріалу "Агат" товщиною 4 мм; 7 – пластина без ребер твердості; 8, 9, 10 – пластина з ребрами твердості на відстані 10, 0,5 та 0,25 м; 11 – один круглий отвір; 12 – шістнадцять малих отворів; 13 – щілина; 14 – без отворів.

Звукоізолювальні кожухи. Застосування звукоізолювальних кожухів є ефективним, простим і дешевим методом зниження шуму на робочих місцях. Для отримання максимальною ефективності кожухи повинні повністю закривати машину (агрегат, устаткування, механізм і т. д.). Конструктивно кожухи виконують з’ємними, розсувними або капотного типу, суцільними герметичними або неоднорідної конструкції – із наглядовими вікнами, дверцями, що відчиняються, отворами для введення комунікацій і циркуляції повітря (рисунок 5).

Кожухи виготовляються з листових негорючих або важкогорючих матеріалів (сталь, дюралюміній та ін.) Внутрішні поверхні стінок кожухів повинні бути облицьованими ЗПМ, а сам кожух – ізольованим від вібрації основи. У випадку передавання вібрації від машини на кожух його стінки із зовнішньої сторони необхідно вкривати шаром вібродемпфувального матеріалу. Отвори для циркуляції повітря під кожухом або проходу комунікацій мають бути оснащеними глушниками шуму.

Акустичний ефект установки або звукоізоляції кожуха – це зниження рівня звукової потужності, шуму, що випромінюється джерелом у навколишній простір в результаті установки кожуха на дане джерело.

а – з’ємний; б – розсувний; в – капотного типу; г – неоднорідної конструкції; 1 – стінка кожуха; 2 – звукопоглинальне облицювання; 3 – машина; 4 – віброизолювальні опори машини; 5 – віброізолювальні прокладки; 6—глушники у отворах для циркуляції повітря; 7 – глушник в отворі для дроту; 8 – перфорований лист або сітка

Рисунок 5 – Схеми звукоізолювальних кожухів

Суцільний герметичний кожух. Для такого кожуха необхідна зву-коізоляція досягається за рахунок звукоізоляції стінок самого кожуха Rн, і звукоізоляції шару ЗПМ, яким облицьовують кожух. Для облицювання використовують такі ЗПМ, як мінераловатні плити, мати з супертонкого скловолокна або базальтового волокна та ін. товщиною не менше 30 мм. Зазвичай товщина шару 50 мм. Шар матеріалу має бути закритим склотканиною і перфорованим металевим листом або сіткою. Звукоізоляція стінок з облицюванням із ЗПМ розраховується за формулою 20. Значення R для стінок із металу, скла і тому подібних матеріалів може визначити розглянутим вище графічним способом для огорож з металу або знайти в довідниках.

Для циліндричної сталевої оболонки діаметром D, мм, і товщиною стінки h, мм, частотна характеристика звукоізоляції має вид ламаної лінії, показаної на рисунку 6. Координати точок В і С визначаються за формулами:

fВ = 1,6×106/D; RВ = 74 – 24×lg(D/ h)

fС = 1,2×104/ h; RС = 31.

Якщо кожух має форму напівциліндра діаметром D, то звукоізоляцію його стінок визначають, як для циліндра діаметром 1,50 м. Наприклад, якщо діаметр напівциліндра D = 0,8 м, то його звукоізоляцію визначають, як для циліндра з діаметром D = 1,2 м.

Рисунок 6 – Частотна характеристика  звукоізоляції металевого циліндричного огородження